二维光子晶体带隙特性研究
光子晶体与光子带隙结构研究
光子晶体与光子带隙结构研究过去几十年里，光子晶体与光子带隙结构的研究一直备受关注。
这些研究不仅对于理解光的传播和控制，还具有广泛的应用前景，例如在光子学器件和光通信领域。
光子晶体是一种具有周期性折射率变化的光学介质，其导致了特殊的光学性质。
而光子带隙则是光子晶体中禁止光的一定频率范围，类似于半导体物质中的电子带隙。
下面将探讨光子晶体的基本原理以及光子带隙结构的研究进展。
光子晶体的基本原理是通过周期性的介质折射率变化来控制光的传播。
在一维光子晶体中，介质的折射率具有周期性的变化。
当光传播的波长与光子晶体的周期相匹配时，光会被光子晶体中的周期性结构所衍射。
这种衍射效应导致了光子晶体中的光子带隙。
光子带隙可以理解为光在空间中的一种传播受限。
在光子晶体中，光传播的波长必须满足特定的条件才能通过光子晶体。
波长较短的光无法通过较大的周期性结构，而只能在晶格中传播。
这样，光子晶体在特定的频率范围内形成光子带隙，其中不允许光的传播。
这种性质使得光子晶体成为强大的光学控制工具。
光子带隙结构的研究在过去几十年里取得了巨大的进展。
最初，光子带隙的发现和研究主要集中在二维光子晶体中。
通过纳米加工技术，科学家们成功地制造出了具有微米尺寸的周期性结构，从而实现了光子带隙的控制。
这些二维光子晶体具有独特的光学性质，例如低折射率、高透明度和光子带隙的存在。
随着技术的发展，人们开始研究更加复杂的三维光子晶体。
三维光子晶体不仅具有二维光子晶体的性质，还能在更大的波长范围内控制光的传播。
这种控制不仅可以实现光子带隙，还可以在光子晶体中形成多种复杂的光学模式。
这为光学材料的设计和应用提供了新的可能性。
光子带隙结构的研究还涉及到材料的选择和制备技术的发展。
目前，人们正在研究各种材料，例如半导体、金属和聚合物，以实现特定波长范围内的光子带隙。
同时，纳米加工技术的进步也为制造具有复杂结构的光子晶体提供了可能。
除了基础研究，光子带隙结构在实际应用中也具有广阔的前景。
二维光子晶体的能带结构研究的开题报告
二维光子晶体的能带结构研究的开题报告1. 研究背景随着纳米技术和光学器件的快速发展，光子晶体作为一种具有周期性结构的材料，在光学领域中具有广阔的应用前景。
其中，二维光子晶体由于其具有完美的全反射和光子禁带结构等特性，被广泛应用于滤波器、光学调制器和光学传感器等领域。
因此，研究其能带结构对于改善其光学性能具有重要意义。
2. 研究目的本研究旨在通过实验和模拟两种途径，对二维光子晶体的能带结构进行研究。
具体包括以下几个方面：(1) 建立二维光子晶体的制备方法，并确定其物理和化学性质；(2) 借助光学显微镜、扫描电子显微镜等表征手段，表征二维光子晶体的形态和结构特征；(3) 通过光学分光计等测试设备，实验测定二维光子晶体的光学性质，包括透射、反射和散射等特性；(4) 使用计算机模拟工具对二维光子晶体的能带结构进行理论研究，并与实验结果进行对比分析；(5) 探讨不同制备方法、材料特性及外加电场等条件对二维光子晶体能带结构的影响。
3. 研究方法(1) 制备二维光子晶体：采用常见的自组装方法、电影压制法等制备二维光子晶体，并采用光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对其形态和结构进行表征。
(2) 测定二维光子晶体的光学性质：使用光学分光计等测试设备，测定二维光子晶体的光学透射、反射和散射等特性。
(3) 理论模拟：利用计算机模拟工具，基于Maxwell方程、传递矩阵法等理论模型，模拟二维光子晶体的能带结构，并与实验测试结果进行对比分析。
(4) 探讨影响二维光子晶体能带结构的因素：通过实验和模拟结果，探讨二维光子晶体的制备方法、材料特性以及外加电场等条件对其能带结构的影响。
4. 研究意义(1) 为了实现光子晶体在滤波、传感等领域的应用，研究其能带结构对于改善其光学性能具有重要意义。
(2) 通过本研究，可深入理解二维光子晶体的物理特性和化学性质，并为其进一步应用提供科学依据。
(3) 该研究还可为其他光子晶体的制备和应用研究提供借鉴和参考。
二维光子晶体带隙参数扫描特性研究
在光子晶体的理论计算中 ， 平面波展开法是一 种常用的 方法之一 。光子晶体中的麦克斯韦方程组 （） １式
ｖ× ＝ （） １
ｖ×茜：一
仍然成立 。两式联立并消去 得到 ：
（） ２
因为 电场与磁场中都有时 间项 ： ， 去它式 （） （ ） ｅ 约 １ ，２
现与应用 ， 在新材料方 面 ， 除了用传统 的电介质 材料构成光 子晶体外 ， 人们开 始利用半导体材 料、 有机 材料、 属 、 活 金 激 介质材料等 构造光子 晶体 。在结构方 面 ， 除了完全周期 的光 子晶体外 ， 又发展了准周 期 、 形结构 与非 晶结 构的光子 晶 分 体。虽然三维光子 晶体具有更 大的应用 潜力 ， 但在可见光 与 红外波段制作此微 结构相对 一维 、 二维而 言困难 ， 一维光 子 晶体 中光子带隙 的可调 因素 较少 ， 比而 言 ， 维光子 晶体 相 二 既存在众多应用 ， 又制 造相对容 易光子带 隙的可调 因素多 ， 所以对 二维光子 晶体的理论及应用研究仍是 目前物理学 、 材
１ 基本理论与数值模型
１ １ 数 值 模 型 ．
［＋Ｉ （ ］ ， ：】 Ｉ ＋－ 一） ：一 Ｉ ［ 誊： ： ： ］
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（） ７ 式是 一个 本征值 问题 ， 通过它 可 以得 到频率 与波矢 量之 间的关系 ， 即色散关 系。对等边 三角形 结构填充介质 也
围内电磁波不能 透射过去 Байду номын сангаас 很像 固体物理学 中晶体 的能带 ， 所以引进禁带与带 隙的基本 概念 ， 经过十 多年 的发 展 ， 国际 上对光子晶体的研究除基础理论之 外 ， 当大 的力量投 入到 相 光子晶体的应用 理论与 相应 的光 子器件 的设计研究 。 目前
二维光子晶体带隙特性研究
二维光子晶体带隙特性研究摘要：本文采用平面波展开法分析了二维光子晶体的光学特性，并通过数值模拟研究了光子晶体的带隙、传输特性及影响其带隙结构的因素。
通过改变光子晶体的结构参数，可以改变它的带隙结构和传输特性。
关键词：光子晶体；光子禁带；平面波展开法1 引言光子晶体（Photonic crystal）是由Yablonovitch和S.John在1987年提出来的，它是一种折射率呈周期性变化的介质结构，具有一定的光子禁带(Photonic band gap)。
光子晶体的出现为光子技术的发展带来了新的活力，光子禁带（亦称光子带隙）是光子晶体的基本特征，其频率范围内的光子，在光子晶体的某些方向上是绝对不能传播的。
它的存在依赖于光子晶体的结构和介电常数的配比。
这种特殊“禁带”结构使得光子晶体可以用来制作各种光学器件，其在光电子器件以及光通信领域将具有广阔的应用前景。
光子晶体光波导分为一维、二维和三维结构，在应用上最具潜力的是可见光和红外波段的完全带隙的三维光子晶体，但其制作工艺非常复杂。
而二维光子晶体的制作比较简单，实际的应用价值也很大，正日益成为各国研究的热点。
本文利用平面波展开法（PWM）对二维光子晶体光波导的特性进行了理论分析，并对其带隙结构及传输特性进行了数值研究。
通过改变光子晶体的结构参数以及几何形状等方法能够改变其能带结构，这使得光子晶体的应用价值极具吸引力。
2 理论分析研究光子晶体带隙结构及传输特性的方法主要有有限差分时域法（finite difference time domain：FDTD）、传输矩阵法（transfer matrix method：TMM）、平面波展开法(plane wave expansion method：PWM)。
其中PWM提出最早，是将电磁场以平面波的形式展开，麦克斯韦方程组成为一个本征方程，求解其本征值就可以得到传播光子的本征频率。
假定所研究的光子晶体是无损、无源、非磁性的线性时不变系统，则可以得到麦克斯韦方程组的表达式式中E和H分别为电场、磁场强度矢量，D为电位移矢量，为介电常数，ω为光波的角频率，c为真空中的光速，由(1)可得根据布洛赫定理，电磁场矢量用第一布里渊区的波矢量k和能级序号n来表示[1]：其中，是周期性矢量函数。
二维金属型光子晶体带隙研究
二 维金 属 型光 子 晶体 带 隙研 究
杨 波 ， 梁静秋 梁 中翥 崔乃迪 ， ， ， 周建 伟 － 强 王 维彪 一， ７永 ，
（． １ 中国科学 院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 ， 吉林 长春 １０ ３ ３０ ３；
２ 中国 科 学 院研 究 生 院 ， 京 １０ ３ ） ． 北 ０ ０ ９
其 可 以简 便 而 有 力 地 限 制 和 调 控 光 子 。Ｙ ｂｏ ｏ ａｌｎ —
们 的波 的 能 量集 中在 空 气 区 （ 景 介 质 ） 背 。金 属 型
光 子 晶体 与半 导体 介 质 型 相 比 ， 很 多 优 良特 性 。 有
ｖｃ ｉｈ和 Ｊｈ 早 于 １８ ｔ ｏｎ最 ９７年分 别提 出 了光子 晶体 的 概念 ］ 。光子 晶体 的产 生 有 着 重 大 的科 学 意 义 。
维 的¨
， 维 的 也 基 本 上 以 正 方 形 为 晶 二
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（ ｏ６ ８７ ３ ） Ｎ ．０７ ０ １ 资助。 作者简介 ： 杨 波（ ９ ７一） 男 ， １８ ， 硕士研究 生 ， 要从事红 外金 主 属光子晶体及器件方 面的研究 。Ｅ ｍ ｉ ｙｎｂ８ ２ ＠１３ ｅｍ － ａｌ ａ ｇｏ １３ ６ ．ｏ ： 收 稿 日期 ：０ ０１ － ２ １—０２ ９
目前 ， 子 晶体主 要 应 用 在 光通 讯 、 光 器 、 子 器 光 激 光 件 等领域 ， 正在 逐 步 向光 计 算 方 面发 展 。光 子 晶 现
首 先 ， Ｅ极 化 波 来 说 ， 零 频 率 和截 止 频 率之 间 对 在
有 一个很 宽 的光子 带 隙 ， 而半 导体 介质 型不存 在 ； 其
二维光子晶体微腔特性分析及应用研究
二维光子晶体微腔特性分析及应用探究引言二维光子晶体微腔作为一种具有高品质因子和小体积的纳米光学结构，在光子学领域引起了广泛的关注。
其特殊的光学性质使其在信息传输、能量调控等方面具有广泛的应用潜力。
本文将对二维光子晶体微腔的特性进行分析，并重点探讨其在光通信、激光器、传感器和光子计算等应用领域的探究进展。
一、二维光子晶体微腔的特性分析1. 光子晶体微腔的基本原理光子晶体微腔是一种由周期性的折射率分布构成的微观空间。
通过光子晶体材料的周期性结构，可以实现光的各种互相作用。
其特性主要通过光子带隙效应和光子波导效应来实现。
2. 光子晶体微腔的光学性质二维光子晶体微腔具有高品质因子、小模式体积和强光与物质互相作用等特点。
其中，品质因子是描述光场在腔内衰减的速率与光场在腔内往来的速度之比。
高品质因子使得光子晶体微腔能够实现高效率的光传输和能量储存。
此外，与传统光腔比较，其体积更小，从而具有更高的集成度和更快的响应速度。
3. 光子晶体微腔的调控方法为了实现对光子晶体微腔的调控，可以通过改变晶格常数、折射率和腔体尺寸来调整光子晶体微腔的特性。
例如，在微纳加工过程中改变结构形貌、控制材料选择或在微腔中注入局域化缺陷等方法，都能够有效地调控光子晶体微腔的性能。
二、光子晶体微腔在光通信领域的应用探究1. 光子晶体微腔的主动调控技术光通信中需要实现光源的拉伸、调整光频率和脉冲的压缩等功能。
利用电子注入、光子注入和热效应等主动调控技术，可以实现对光子晶体微腔中光场的精确控制。
通过控制注入的电流、电压或光强度，可以实现光的放大、调频和脉冲的压缩等功能。
2. 光子晶体微腔在光通信器件中的应用光子晶体微腔可以用于光通信器件的构建，如微激光器和光调制器等。
其小体积和高品质因子使其具备高效率、高速度和低功耗的特点。
此外，光子晶体微腔还能够实现光波分复用、信号调制和指定光路传输等功能，为光通信领域的进步提供了新的方向。
三、光子晶体微腔在其他应用领域的探究进展1. 光子晶体微腔在激光器中的应用利用光子晶体微腔构建激光器可以实现窄线宽、高转化效率和高阈值特性等。
二维正方六边柱形光子晶体带隙结构研究
二维正方六边柱形光子晶体带隙结构研究【摘要】光子晶体是目前能够对光子实现完全控制的、最有发展前景的一种新型光学材料，其最根本的特性是具有光子带隙。
从理论上设计和寻找具有更宽带隙的光子晶体结构，一直是该领域的重要研究方向之一。
利用平面波展开法，对所设计的二维正方六边柱形光子晶体的带隙结构及其与介质柱的介电常数和占空比之间的关系，进行了较详细的分析和讨论，与以往有关的二维光子晶体相比，二维正方六边柱形光子晶体具有更优越的带隙结构，其te模的带隙数目多，且带隙较宽；完全带隙的数目较多，且宽度较大，是一种很有发展前景的新型结构的光子晶体。
【关键词】二维光子晶体；能带结构；完全带隙；平面波展开法引言光子晶体是由s.john[1]和e.yablonovich[2]等人于1987年提出来的一种新型光学材料，主要具有光子带隙、光子局域和超光子效应等三大特性。
光子带隙是光子晶体最根本的特性，光子晶体的许多应用都是基于这一特性。
影响光子晶体带隙的产生及大小的主要因素是其有效折射率neff，一般是通过改变光子晶体介质柱的形状和大小、介质柱及背景的介电常数等，来达到改变neff的目的。
从理论上设计和寻找具有更宽带隙的光子晶体结构，一直是该领域的重要研究方向之一，常用的研究方法主要有平面波展开法、时域有限差分法和矩阵分析法。
本文采用平面波展开法，对二维正方六边柱形光子晶体的带隙结构及其与介质柱的介电常数和占空比之间的关系，进行了较详细的分析和讨论，为二维正方六边柱形光子晶体的研究和设计打下了良好的基础。
1 平面波展开法平面波展开法是光子晶体能带计算中用得较早和最多的方法。
它是应用布洛赫定理，把电磁波及随空间变化的介电函数的倒格矢空间以平面波的形式叠加展开，将maxwell方程组化成一个本征方程，求解本征方程即可得到电磁波的本征频率，从而得出光子能带结构。
基于平面波展开法的思想，可以得出计算te模和tm模能带的本征方程[3]：这两个方程是计算光子晶体能带结构的基础。
ZnO基二维光子晶体的带隙研究
Ｚ Ｏ基 二维 光 子 晶体 的带 隙研 究 ｎ
梁毅 ， 国艳 ， 希峰 董 秦
（ 山东建筑大学 理学院 ， 山东 济南 ２０ ０ ） ５ １ １ 摘要 ： 用平 面波展开法研究 以 Ｚ Ｏ为背景介质 ， ｎ 由周期性排列 的空气 圆孔柱 、 圆孔 柱和正方 孔柱分 别构成 的 椭 三角晶格结构的光子晶体 ， 计算在不 同参数条件下光子 晶体 的能带 曲线 。研究结果表 明 ， 通过调 控孔 柱和 晶格
子在晶体 中的运动特性 。像半 导体一样 ， 这种周期 性材料的能谱具有 能隙结构 ， 称为光子能带或光子
带隙 ， 振动频率在光子带隙内的电磁波沿光子 晶体 的任何方向都不能传播 。光子带隙的存在使得光子
数 目分为一维 、 二维和三维光子 晶体。由于二维光 子晶体相对于三维光子晶体较容易制备 ， Ｊ其用途
（ ｃｏｌ ｆ ｃ ｎｅ Ｓ ａｄｎ ｉ ｚｕＵ ｉｅ ｉ ， ｉａ ５ １１ Ｃ ｉ ） Ｓｈｏ ｏ ｉ ｃ ， ｈｎｏｇＪ ｎｈ ｎ ｒ ｔ Ｊ ｎ２０ ０ ， ｈｎ Ｓｅ ａ ｖ ｓｙ ｎ ａ
Ａ ｓ ａｔＴ ｅｐ ｎ ａｅｅｐ ｎｉｎｍ ｔｏ ｓｄｔ ｓ ｄ ｅｐ ｏ ｎｃｃｙｔ ｓ（ ｈ ｓ ｏ ｆ ｍ ｎ ｂ ｔ ｃ ：ｈ ｌ ｅｗ ｖ ｘ ａｓ ｅｈｄｉ ｕｅ ｕ ｙｔ ｈ ｔ ｉ ｒｓ ｌ Ｐ Ｃ ）ｃｎｏ ｉｇ ｒ ａ ｏ ｓ ｏｔ ｈ ｏ ａ ｒ
常数的大小 ， 以改变光子 晶体带 隙位置和宽度 ； 可 对于所有 ＺＯ基三角 晶格结构空气孔二维光 子晶体 ，Ｅ模 比 ｎ Ｔ
Ｔ Ｍ模带 隙更宽 ； 正方空气 孔柱光子晶体 的带 隙比圆柱 和椭 圆柱光子 晶体 的带 隙要宽 。 关键词 ：ｎ Ｚ Ｏ光子晶体 ； 面波展开法 ； 平 空气柱 ； 晶格常数 ； 隙 带
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。